美國加州大學爾灣分校(University of California, Irvine；UCI)的研究人員在進行研究中意外發現，基於奈米線的電池材料能夠重複充電數十萬次，可望實現幾乎無需更換的電池。

研究人員在進行基於奈米線的電荷儲存機制研究時發現，其中所涉及的「線」(wire)是沈積的結構(僅以細長奈米線形式呈現)。根據研究人員表示，這是一種純金的奈米線，表面能以二氧化錳(MnO 2)塗覆或鑲嵌護套。該元件基本上是一種電容器，可在交錯的奈米線陣列之間形成電荷儲存電容，並懸浮於電解介質中。

以相同的材料來看，使用奈米線可提供較薄膜更高的電荷儲存。因為奈米線比人類的髮絲更細數千倍、而且具有高導電性，並具有較大表面積可供電子儲存與傳輸。純金奈米線約240nm寬與35nm厚；外殼厚度約在143-300nm之間。根據先前的研究工作發現，這些細絲極其脆弱，不易妥善保持用於重複放電、充電或充放電循環。因此，一般的鋰離子電池容易膨脹、變得脆弱，最後導致破裂。

UCI研究人員在二氧化錳外殼塗覆純金奈米線，並將該組裝包裹在以樹脂玻璃(Plexiglas)狀凝膠製造的電解質中，從而解決了這個問題。這種凝膠是聚酸甲酯(PMMA)與過氯酸鋰(LiClO 4：形成鋰離子電池的鋰離子來源)的組合，十分可靠且不易故障。

主導這項研究的——UCI博士候選人Mya Le Thai在三個月內循環測試電極達20萬次，未檢測到任何電量或電力損耗，也無損於任何奈米線。這項研究結果已經發表在美國化學學會(American Chemical Society)出版的最新一期《能源快報》(Energy Letters)中。

UC-Irvine博士候選人Mya Le Thai手握可讓鋰離子電池反覆充電幾十萬次的奈米線材料
（來源：UC Irvine）

UCI化學系主任Reginald Penner表示，「Mya一開始只是抱著好玩的心態，將極薄的凝膠完整塗覆在表面上，並開始進行充放電。她發現只需在奈米線材料上塗覆這種凝膠，就能重複充放電數十萬次，而不至於損耗任何容量。」

他並補充說，「這真的很厲害。因為電池通常最多經過5,000、6,000或7,000次充放電週期後就會整個壞掉而無法使用。」UCI研究人員所使用的結構特別採用高長寬比的奈米線，以便揭露或放大任何可能發生的故障效應：然而，卻始終未曾出現。

研究人員認為，這種凝膠將會塑化電池中的金屬氧化物，並賦予靈活性，以防止破裂。

「該塗層電極能更有效保持原有形狀，使其成為一個更可靠的選擇，」Thai說，「這項研究證實奈米線電池電極具有更長的使用壽命，讓我們得以真正實現這種長效電池。」

這項研究並與馬里蘭大學(University of Maryland)先進能源研究中心(Energy Frontier Research Center)電能儲存奈米結構(NEES)計劃合作，同時獲得了美國能源部(DoE)基礎能源科學部的資金贊助。

編譯：Susan Hong

(參考原文：Gel-Coated Nanowires Yield Batteries With Indefinite Cycle Life，by Graham Prophet)

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